我们考虑了一个$ n $ - 玩家随机游戏的子类，其中玩家在通过收益功能耦合时拥有自己的内部状态/动作空间。假定玩家的内部链是由独立过渡概率驱动的。此外，玩家只能收到其回报的实现，而不是实际功能，并且无法观察彼此的状态/行动。根据一些关于收益功能结构的假设，我们基于双重平均和双镜下降开发有效的学习算法，该算法几乎可以肯定地融合或预期$ \ epsilon $ nash $ nash平衡策略。特别是，我们根据游戏参数的多项式划分的迭代数量得出了上限，以实现$ \ epsilon $ -NASH平衡策略。除了马尔可夫潜在的游戏和线性季节随机游戏外，这项工作还提供了$ n $ - 玩家随机游戏的另一个子类，这些游戏可证明可以允许多项式学习算法找到其$ \ epsilon $ nash平衡策略。

Mean-field games have been used as a theoretical tool to obtain an approximate Nash equilibrium for symmetric and anonymous $N$-player games in literature. However, limiting applicability, existing theoretical results assume variations of a "population generative model", which allows arbitrary modifications of the population distribution by the learning algorithm. Instead, we show that $N$ agents running policy mirror ascent converge to the Nash equilibrium of the regularized game within $\tilde{\mathcal{O}}(\varepsilon^{-2})$ samples from a single sample trajectory without a population generative model, up to a standard $\mathcal{O}(\frac{1}{\sqrt{N}})$ error due to the mean field. Taking a divergent approach from literature, instead of working with the best-response map we first show that a policy mirror ascent map can be used to construct a contractive operator having the Nash equilibrium as its fixed point. Next, we prove that conditional TD-learning in $N$-agent games can learn value functions within $\tilde{\mathcal{O}}(\varepsilon^{-2})$ time steps. These results allow proving sample complexity guarantees in the oracle-free setting by only relying on a sample path from the $N$ agent simulator. Furthermore, we demonstrate that our methodology allows for independent learning by $N$ agents with finite sample guarantees.

我们开发了一个统一的随机近似框架，用于分析游戏中多学院在线学习的长期行为。我们的框架基于“原始偶尔”，镜像的Robbins-Monro（MRM）模板，该模板涵盖了各种各样的流行游戏理论学习算法（梯度方法，乐观的变体，Exp3算法，用于基于付费的反馈，在有限游戏等中）。除了提供这些算法的综合视图外，提出的MRM蓝图还使我们能够在连续和有限的游戏中获得渐近和有限时间的广泛新收敛结果。

钢筋学习（RL）最近在许多人工智能应用中取得了巨大成功。 RL的许多最前沿应用涉及多个代理，例如，下棋和去游戏，自主驾驶和机器人。不幸的是，古典RL构建的框架不适合多代理学习，因为它假设代理的环境是静止的，并且没有考虑到其他代理的适应性。在本文中，我们介绍了动态环境中的多代理学习的随机游戏模型。我们专注于随机游戏的简单和独立学习动态的发展：每个代理商都是近视，并为其他代理商的战略选择最佳响应类型的行动，而不与对手进行任何协调。为随机游戏开发收敛最佳响应类型独立学习动态有限的进展。我们展示了我们最近提出的简单和独立的学习动态，可保证零汇率随机游戏的融合，以及对此设置中的动态多代理学习的其他同时算法的审查。一路上，我们还重新审视了博弈论和RL文学的一些古典结果，以适应我们独立的学习动态的概念贡献，以及我们分析的数学诺克特。我们希望这篇审查文件成为在博弈论中研究独立和自然学习动态的重新训练的推动力，对于具有动态环境的更具挑战性的环境。

在本文中，我们提出了连续时间游戏理论镜中下降（MD）动态的二阶扩展，称为MD2，其收敛于MED（但不一定是严格的）变分性稳定状态（VSS）而不使用常见辅助技术，如平均或折扣。我们表明MD2在轻微修改后享有无悔的趋势以及对强大的VSS的指数汇率。此外，MD2可用于导出许多新颖的原始空间动态。最后，使用随机近似技术，我们提供了对内部仅噪声的离散时间MD2的收敛保证。提供了所选模拟以说明我们的结果。

我们研究了马尔可夫潜在游戏（MPG）中多机构增强学习（RL）问题的策略梯度方法的全球非反应收敛属性。要学习MPG的NASH平衡，在该MPG中，状态空间的大小和/或玩家数量可能非常大，我们建议使用TANDEM所有玩家运行的新的独立政策梯度算法。当梯度评估中没有不确定性时，我们表明我们的算法找到了$ \ epsilon $ -NASH平衡，$ o（1/\ epsilon^2）$迭代复杂性并不明确取决于状态空间大小。如果没有确切的梯度，我们建立$ O（1/\ epsilon^5）$样品复杂度在潜在的无限大型状态空间中，用于利用函数近似的基于样本的算法。此外，我们确定了一类独立的政策梯度算法，这些算法都可以融合零和马尔可夫游戏和马尔可夫合作游戏，并与玩家不喜欢玩的游戏类型。最后，我们提供了计算实验来证实理论发展的优点和有效性。

我们展示了一种新颖的虚构播放动态变种，将经典虚拟游戏与Q学习进行随机游戏，分析其在双球零点随机游戏中的收敛性。我们的动态涉及在对手战略上形成信仰的球员以及他们自己的延续支付（Q-Function），并通过使用估计的延续收益来扮演贪婪的最佳回应。玩家从对对手行动的观察开始更新他们的信仰。学习动态的一个关键属性是，更新Q函数的信念发生在较慢的时间上，而不是对策略的信念的更新。我们在基于模型和无模式的情况下（不了解播放器支付功能和国家过渡概率），对策略的信念会聚到零和随机游戏的固定混合纳什均衡。

游戏中的学习理论在AI社区中很突出，这是由多个不断上升的应用程序（例如多代理增强学习和生成对抗性网络）的动机。我们提出了突变驱动的乘法更新（M2WU），以在两人零和零正常形式游戏中学习平衡，并证明它在全面和嘈杂的信息反馈设置中都表现出了最后的题融合属性。在全信息反馈设置中，玩家观察了实用程序功能的确切梯度向量。另一方面，在嘈杂的信息反馈设置中，他们只能观察到嘈杂的梯度向量。现有的算法，包括众所周知的乘法权重更新（MWU）和乐观的MWU（OMWU）算法，未能收敛到具有嘈杂的信息反馈的NASH平衡。相反，在两个反馈设置中，M2WU表现出最后的近期收敛到NASH平衡附近的固定点。然后，我们证明它通过迭代地适应突变项来收敛到精确的NASH平衡。我们从经验上确认，M2WU在可剥削性和收敛速率方面胜过MWU和OMWU。

尽管固定环境中的单一机构政策优化最近在增强学习社区中引起了很多研究的关注，但是当在潜在竞争性的环境中有多个代理商在玩耍时，从理论上讲，少得多。我们通过提出和分析具有结构化但未知过渡的零和Markov游戏的新的虚拟游戏策略优化算法来向前迈进。我们考虑两类的过渡结构：分类的独立过渡和单个控制器过渡。对于这两种情况，我们都证明了紧密的$ \ widetilde {\ Mathcal {o}}（\ sqrt {k}）$遗憾的范围在$ k $ eviepodes之后，在两种代理竞争的游戏场景中。每个代理人的遗憾是针对潜在的对抗对手的衡量，他们在观察完整的政策序列后可以在事后选择一个最佳政策。我们的算法在非平稳环境中同时进行政策优化的范围下，具有上置信度结合（UCB）的乐观和虚拟游戏的结合。当两个玩家都采用所提出的算法时，他们的总体最优差距为$ \ widetilde {\ Mathcal {o}}（\ sqrt {k}）$。

我们研究了随机游戏（SGS）的梯度播放算法的性能，其中每个代理商试图通过基于代理之间共享的当前状态信息来独立做出决策来最大限度地提高自己的总折扣奖励。通过在给定状态下选择某个动作的概率来直接参数化策略。我们展示了纳什均衡（NES）和一阶固定政策在此设置中等同，并在严格的NES周围给出局部收敛速度。此外，对于称为马尔可夫潜在游戏的SGS的子类（包括具有重要特殊情况的代理中具有相同奖励的协作设置），我们设计了一种基于样本的增强学习算法，并为两者提供非渐近全局收敛速度分析精确的梯度游戏和我们基于样本的学习算法。我们的结果表明，迭代的数量达到$ \ epsilon $ -Ne线性缩放，而不是指数级，而代理人数。还考虑了局部几何和局部稳定性，在那里我们证明严格的NE是总潜在功能的局部最大值，完全混合的NE是鞍点。

我们在无限地平线上享受多智能经纪增强学习（Marl）零汇率马尔可夫游戏。我们专注于分散的Marl的实用性但具有挑战性的环境，其中代理人在没有集中式控制员的情况下做出决定，但仅根据自己的收益和当地行动进行了协调。代理商不需要观察对手的行为或收益，可能甚至不忘记对手的存在，也不得意识到基础游戏的零金额结构，该环境也称为学习文学中的彻底解散游戏。在本文中，我们开发了一种彻底的解耦Q学习动态，既合理和收敛则：当对手遵循渐近静止战略时，学习动态会收敛于对对手战略的最佳反应;当两个代理采用学习动态时，它们会收敛到游戏的纳什均衡。这种分散的环境中的关键挑战是从代理商的角度来看环境的非公平性，因为她自己的回报和系统演变都取决于其他代理人的行为，每个代理商同时和独立地互补她的政策。要解决此问题，我们开发了两个时间尺度的学习动态，每个代理会更新她的本地Q函数和value函数估计，后者在较慢的时间内发生。

计算NASH平衡策略是多方面强化学习中的一个核心问题，在理论和实践中都受到广泛关注。但是，到目前为止，可证明的保证金仅限于完全竞争性或合作的场景，或者在大多数实际应用中实现难以满足的强大假设。在这项工作中，我们通过调查Infinite-Horizo​​n \ Emph {对抗性团队Markov Games}，这是一场自然而充分动机的游戏，其中一组相同兴奋的玩家 - 在没有任何明确的情况下，这是一个自然而有动机的游戏，这是一场自然而有动机的游戏，而偏离了先前的结果。协调或交流 - 正在与对抗者竞争。这种设置允许对零和马尔可夫潜在游戏进行统一处理，并作为模拟更现实的战略互动的一步，这些互动具有竞争性和合作利益。我们的主要贡献是第一种计算固定$ \ epsilon $ - Approximate Nash Equilibria在对抗性团队马尔可夫游戏中具有计算复杂性的算法，在游戏的所有自然参数中都是多项式的，以及$ 1/\ epsilon $。拟议的算法特别自然和实用，它基于为团队中的每个球员执行独立的政策梯度步骤，并与对手侧面的最佳反应同时；反过来，通过解决精心构造的线性程序来获得对手的政策。我们的分析利用非标准技术来建立具有非convex约束的非线性程序的KKT最佳条件，从而导致对诱导的Lagrange乘数的自然解释。在此过程中，我们大大扩展了冯·斯坦格尔（Von Stengel）和科勒（GEB`97）引起的对抗（正常形式）团队游戏中最佳政策的重要特征。

最大化马尔可夫和固定的累积奖励函数，即在国家行动对和时间独立于时间上定义，足以在马尔可夫决策过程（MDP）中捕获多种目标。但是，并非所有目标都可以以这种方式捕获。在本文中，我们研究了凸MDP，其中目标表示为固定分布的凸功能，并表明它们不能使用固定奖励函数进行配制。凸MDP将标准加强学习（RL）问题提出概括为一个更大的框架，其中包括许多受监督和无监督的RL问题，例如学徒学习，约束MDP和所谓的“纯探索”。我们的方法是使用Fenchel二重性将凸MDP问题重新将凸MDP问题重新制定为涉及政策和成本（负奖励）的最小游戏。我们提出了一个用于解决此问题的元偏金属，并表明它统一了文献中许多现有的算法。

We study the problem of estimating the fixed point of a contractive operator defined on a separable Banach space. Focusing on a stochastic query model that provides noisy evaluations of the operator, we analyze a variance-reduced stochastic approximation scheme, and establish non-asymptotic bounds for both the operator defect and the estimation error, measured in an arbitrary semi-norm. In contrast to worst-case guarantees, our bounds are instance-dependent, and achieve the local asymptotic minimax risk non-asymptotically. For linear operators, contractivity can be relaxed to multi-step contractivity, so that the theory can be applied to problems like average reward policy evaluation problem in reinforcement learning. We illustrate the theory via applications to stochastic shortest path problems, two-player zero-sum Markov games, as well as policy evaluation and $Q$-learning for tabular Markov decision processes.

随机游戏的学习可以说是多功能钢筋学习（MARL）中最标准和最基本的环境。在本文中，我们考虑在非渐近制度的随机游戏中分散的Marl。特别是，我们在大量的一般总和随机游戏（SGS）中建立了完全分散的Q学习算法的有限样本复杂性 - 弱循环SGS，包括对所有代理商的普通合作MARL设置具有相同的奖励（马尔可夫团队问题是一个特例。我们专注于实用的同时具有挑战性地设置完全分散的Marl，既不奖励也没有其他药剂的作用，每个试剂都可以观察到。事实上，每个特工都完全忘记了其他决策者的存在。表格和线性函数近似情况都已考虑。在表格设置中，我们分析了分散的Q学习算法的样本复杂性，以收敛到马尔可夫完美均衡（NASH均衡）。利用线性函数近似，结果用于收敛到线性近似平衡 - 我们提出的均衡的新概念 - 这描述了每个代理的策略是线性空间内的最佳回复（到其他代理）。还提供了数值实验，用于展示结果。

最近有很多不可能的结果表明，在与对抗对手的马尔可夫游戏中最小化的遗憾在统计学上和计算上是棘手的。然而，这些结果都没有排除在所有各方采用相同学习程序的假设下，遗憾最小化的可能性。在这项工作中，我们介绍了第一种（据我们所知）在通用马尔可夫游戏中学习的算法，该算法在所有代理商执行时提供了sublinear后悔保证。我们获得的边界是为了置换遗憾，因此，在此过程中，意味着融合了相关的平衡。我们的算法是分散的，计算上有效的，并且不需要代理之间的任何通信。我们的主要观察结果是，在马尔可夫游戏中通过策略优化的在线学习基本上减少了一种加权遗憾的最小化形式，而未知权重由代理商的策略顺序的路径长度确定。因此，控制路径长度会导致加权的遗憾目标，以提供足够的适应性算法提供统一的后悔保证。

在多机构强化学习（MARL）中，独立学习者是那些不观察系统中其他代理商的行为的学习者。由于信息的权力下放，设计独立的学习者将发挥均匀的态度是有挑战性的。本文研究了使用满足动态来指导独立学习者在随机游戏中近似平衡的可行性。对于$ \ epsilon \ geq 0 $，$ \ epsilon $ -SATISFICING策略更新规则是任何规则，指示代理在$ \ epsilon $ best-best-reversponding to to to the其余参与者的策略时不要更改其策略； $ \ epsilon $ -SATISFIFICING路径定义为当每个代理使用某些$ \ epsilon $ -SATISFIFICING策略更新规则来选择其下一个策略时，获得的联合策略序列。我们建立了关于$ \ epsilon $ - 偏离型路径的结构性结果，这些路径是$ \ epsilon $ equilibium in Symmetric $ n $ - 玩家游戏和带有两个玩家的一般随机游戏。然后，我们为$ n $玩家对称游戏提出了一种独立的学习算法，并为自我玩法的$ \ epsilon $ equilibrium提供了高可能性保证。此保证仅使用对称性，利用$ \ epsilon $ satisficing路径的先前未开发的结构。

当今许多大型系统的设计，从交通路由环境到智能电网，都依赖游戏理论平衡概念。但是，随着$ n $玩家游戏的大小通常会随着$ n $而成倍增长，标准游戏理论分析实际上是不可行的。最近的方法通过考虑平均场游戏，匿名$ n $玩家游戏的近似值，在这种限制中，玩家的数量是无限的，而人口的状态分布，而不是每个单独的球员的状态，是兴趣。然而，迄今为止研究最多的平均场平衡的平均场nash平衡的实际可计算性通常取决于有益的非一般结构特性，例如单调性或收缩性能，这是已知的算法收敛所必需的。在这项工作中，我们通过开发均值相关和与粗相关的平衡的概念来研究平均场比赛的替代途径。我们证明，可以使用三种经典算法在\ emph {ash All Games}中有效地学习它们，而无需对游戏结构进行任何其他假设。此外，我们在文献中已经建立了对应关系，从而获得了平均场 - $ n $玩家过渡的最佳范围，并经验证明了这些算法在简单游戏中的收敛性。

本文研究了用于多机构增强学习的政策优化算法。我们首先在全信息设置中提出了针对两人零和零和马尔可夫游戏的算法框架，其中每次迭代均使用一个策略更新，使用某个矩阵游戏算法在每个状态下进行策略更新，并带有一个带有特定的值更新步骤学习率。该框架统一了许多现有和新的政策优化算法。我们表明，只要矩阵游戏算法在每种状态下，该算法的州平均策略会收敛到游戏的近似NASH平衡（NE），只要矩阵游戏算法在每个状态下都具有低称重的遗憾价值更新。接下来，我们证明，该框架与每个状态（和平滑值更新）的乐观跟踪定制领导者（oftrl）算法可以找到$ \ Mathcal {\ widetilde {o}}（t^{ - 5 /6}）$ t $迭代中的$近似NE，并且具有稍微修改的值更新规则的类似算法可实现更快的$ \ Mathcal {\ widetilde {o}}}}（t^{ - 1}）$收敛率。这些改进了当前最佳$ \ Mathcal {\ widetilde {o}}}（t^{ - 1/2}）$对称策略优化类型算法的速率。我们还将此算法扩展到多玩家通用-SUM Markov游戏，并显示$ \ MATHCAL {\ widetilde {o}}}（t^{ - 3/4}）$收敛率与粗相关均衡（CCE）。最后，我们提供了一个数值示例来验证我们的理论并研究平滑价值更新的重要性，并发现使用“渴望”的价值更新（等同于独立的自然策略梯度算法）也可能会大大减慢收敛性，即使在$ h = 2 $层的简单游戏。

多代理系统的一个主要挑战是，系统的复杂性随着代理的数量以及其动作空间的规模而显着增长，在现实世界中，这是典型的，例如自动驾驶汽车，机器人团队，网络路由等。因此，正是在设计分散或独立算法的迫在眉睫的需求中，其中每个代理的更新仅基于它们的本地观察结果，而无需引入复杂的通信/协调机制。在这项工作中，我们研究了潜在游戏的独立熵规范化自然策略梯度（NPG）方法的有限时间收敛，在这些方法中，由于单方面偏差而导致的代理商效用函数的差异与普通潜在功能完全匹配。提出的熵注册的NPG方法使每个代理都可以根据自己的回报部署对称，分散和乘法更新。我们表明，所提出的方法以均方根速率收敛到定量响应平衡（QRE）（QRE）（QRE） - 与熵调制的游戏的平衡 - 与动作空间的大小无关，并且最多地与数字一起增长代理商。有吸引力的是，收敛率进一步与相同利益游戏的重要特殊情况的代理数量独立，从而导致了第一种以无维率收敛的方法。我们的方法可以用作平滑技术，以找到未注册问题的近似NASH平衡（NE），而无需假设固定策略是隔离的。